當人類正進入信息和智能化的時代,雷射器深刻地影響著國民經濟、國防建設等數十個細分領域,其中半導體雷射器以其轉換效率高、體積小、重量輕、壽命長、能直接調製等特點在雷射器領域起著舉足輕重的作用,正迅速佔領過去由氣體和固體雷射器佔領的市場。然而,雷射器工作時產生的高溫將極大影響設備功效,雷射器散熱方案多年來沒有實質性的突破,成為業界共同面對的難題。2015年4月13日,在德國舉辦的第六十八屆漢諾瓦工業博覽會上,英國 vrycul(維酷)公司展出液態金屬導熱片、導熱膏,使半導體雷射器散熱方案有了進一步優化的可能性。
散熱,影響雷射器功效的關鍵
半導體雷射器列陣與疊陣散熱問題直接關係到雷射器的使用壽命,導致雷射器有源區溫度的迅速提高,從而引起雷射器的光學災變,甚至燒毀半導體雷射器。所以,研究半導體雷射器散熱問題是一項非常有意義的工作,也是近些年來半導體雷射器領域研究重要課題之一。
電子科技大學通信與信息工程學院曾研究溫度對半導體雷射器特性的影響,利用修正的速率方程,藉助雷射器等效電路模型,使用電路仿真軟體PSpice模擬了溫度對雷射器閾值,雷射器頻率響應,雷射器脈衝調製特性和雷射器啁啾特性的影響,最終得到模擬仿真結果是在對速率方程加上溫度修正得到的,如圖所示:
由仿真曲線可以看出溫度的升高對雷射器的性能有著明顯的不利影響。具體表現為:
1)隨著溫度的升高雷射器的閾值電流顯著增加;
2)溫度越高雷射器的調製帶寬越小,調製的中心頻率越低,同時輸出光功率也就更低;
3)對於相同的脈衝調製,溫度越高雷射器的輸出功率越低,延遲時間也越長;
4)溫度越高雷射器的瞬態啁啾越大。
由此可見,溫度對半導體雷射器的影響可以說百害而無一利,我們如何才能做到減緩甚至避免溫度對雷射器的影響呢?
導熱,液態金屬材料或成新方式
目前,半導體雷射器的散熱方法主要是平板熱沉散熱、大通道散熱、針孔通道散熱和微通道散熱,不管是何種散熱方法,熱沉都起到主導作用,同時導熱介質也不容小覷,導熱介質直接影響熱沉的散熱效果,所以,導熱介質的選擇也至關重要。我們了解到一家專注於導熱界面研發機構和生產製造的公司—英國vrycul(維酷)公司,基於自身的專利技術,研發生產出創新型的液態金屬熱界面材料,它是對傳統熱界面材料的一項突破性革新,或稱為未來半導體雷射器領域的新導熱介質。
英國vrycul(維酷)公司研發出的新型熱界面導熱材料分為液態金屬導熱膏和液態金屬導熱片,為進一步了解這款新型導熱界面材料,下面對比一下傳統導熱介質銦箔和vrycul(維酷)公司液態金屬導熱膏的物化屬性及工作特性。
vrycul液態金屬導熱膏相對傳統熱界面材料典型優勢參數對比
通過對比vrycul液態金屬導熱膏性能優勢總結如下:
1)熱導率優於銦箔介質125%-1000%;
2)可靠性/壽命優於銦箔產品200%以上;
3)耐高溫能力達到500ºC,遠高於銦箔產品(140°C左右);
4)液態金屬導熱膏無毒,便於手工塗抹或絲網印刷,操作便捷性顯著優於銦箔。
同時,在室溫下,液態金屬導熱膏呈現膏狀並且為純金屬,充分填充傳熱間隙,增大接觸面積,因為金屬本身粘度很大,避免了洩露的危險,從而能夠實現優異的傳熱性能,可保證散熱系統長期穩定運行。
綜上分析,Vrycul(維酷)液態金屬導熱材料的使用價值遠遠優於傳統導熱介質銦箔,在價格方面,液態金屬導熱膏和銦箔也旗鼓相當,而在使用價值方面,液態金屬導熱膏遠勝於銦箔,液態金屬導熱膏或將成為未來半導體雷射器領域的新型傳熱材料。
文章和圖片來源於網絡,版權屬於原作者